Beszamel i spółka bez ograniczeń: Badania DNA słoni leśnych ( Loxodonta cyclotis )

słoń leśny ( Loxodonta cyclotis ) - wędrujący samiec

przez Sue Palminteri w dniu 10 sierpnia 2018 r

- Utrata ponad 60 % światowej populacji słoni leśnych ( Loxodonta cyclotis ) na skutek kłusownictwa doprowadziła do apelu o oficjalne uznanie go za odrębny gatunek, zasługujący na międzynarodowe wsparcie w zakresie ochrony przyrody.
- Naukowcy zbadali jądrowe DNA słoni leśnych w ich zasięgu w celu oceny różnorodności genetycznej gatunku. Naukowcy odkryli, że jądrowe DNA słoni leśnych, w przeciwieństwie do mitochondrialnego DNA ( mtDNA ), jest zróżnicowane, ale spójne wśród populacji w Afryce Środkowej.
- Dorosłe samce słoni, które wędrują na duże odległości w poszukiwaniu samic, promują przepływ genów wśród populacji i utrzymują różnorodność genetyczną gatunku. Autorzy sugerują środki ochronne, które zachowują trzy główne populacje słoni leśnych, reprezentujące istniejące zmienności genetyczne.
- Znaczenie słoni leśnych jako rozpraszacza nasion większości dużych drzew w Basenie Konga sprawia, że ich ochrona jest kluczowa dla zachowania zdrowia lasów deszczowych w Środkowej Afryce.

stado słoni leśnych ( Loxodonta cyclotis ) - Bai Area ( Dzanga Sangha National Park - Republika Środkowoafrykańska ) w połączeniu z bongo leśnym ( Tragelaphus eurycerus )

Dorosłe samce słoni leśnych ( Loxodonta cyclotis ) wędrują. Gdy dojrzewają i przygotowują się do rozmnażania, wędrują na duże odległości w poszukiwaniu dojrzałych samic.

Ruchy te mają kluczowe znaczenie dla dynamiki populacji słoni leśnych: poprzez hodowlę z samicami daleko od rodziny, samce promują przepływ genów i zapewniają genetycznie zdrową populację. W Afryce samce zarówno słoni leśnych, jak i słoni sawannowych ( Loxodonta africana ) podróżują i konkurują o dostęp do samic w stopniu hybrydyzacji, ale co to oznacza dla ochrony słoni?

stado słoni leśnych ( Loxodonta cyclotis ) - Bai Area ( Nouabale Ndoki National Park - Kongo )

W ciągu ostatniego dziesięciolecia badania wykazały, że DNA słoni leśnych ( Loxodonta cyclotis ) różni się wystarczająco od DNA słoni sawannowych ( Loxodonta africana ), aby można go było uznać za osobny gatunek. W niedawnym badaniu zbadano strukturę genetyczną wewnątrzgatunkową słonia leśnego w jego zasięgu, aby lepiej zrozumieć, jak genetycznie odróżniające się regionalne populacje tego gatunku występują i jak może to wpłynąć na ich zachowanie.

afrykański słoń leśny ( Loxodonta cyclotis )

Debata o gatunku

Afrykańskie słonie leśne wędrują po lasach Afryki Zachodniej i Afryki Środkowej przez miliony lat. Mierzą do metra ( 3 stopy ) mniej niż słonie sawannowe i ważą około 2700 kilogramów ( 6000 funtów ), czyli mniej więcej połowę wagi słoni sawannowych, które zamieszkują południową i wschodnią Afrykę. Słonie leśne mają również bardziej zaokrąglone uszy i dłuższe, prostsze ciosy.

Co ważniejsze dla ochrony, samice słoni leśnych po raz pierwszy rodzą nawet w wieku 23 lat, z dłuższymi przedziałami pomiędzy narodzinami niż ich kuzyni z sawanny. Ich powolny przyrost naturalny oznacza, że populacje słoni leśnych potrzebują czasu, by odbudować się z kłusownictwa.

słoń leśny ( Loxodonta cyclotis ) - samica z młodym - Nouabale Ndoki National Park ( Kongo )

Słonie leśne również różnią się od siebie. Badania genetyczne wskazują, że słoń leśny jest gatunkiem odrębnym od słonia sawannowego, który oddzielił się około 2 - 7 milionów lat temu. W rzeczywistości, analizy wykazały, że afrykańskie słonie leśne i sawannowe różnią się od siebie tak samo, jak współczesne słonie azjatyckie ( Elephas maximus ) od starożytnych mamutów włochatych ( Mammuthus primigenius ). Niemniej jednak Międzynarodowa Unia Ochrony Przyrody ( IUCN ) nie uznaje jeszcze tego rozróżnienia.

słoń leśny ( Loxodonta cyclotis ) - samotny samiec ( Waly Bai Area - Nouabale Ndoki National Park - Kongo )

Naukowcy postrzegają to rozróżnienie jako ważne, aby przynieść szczególną rozpoznawalność gatunkową i działanie na rzecz afrykańskich słoni leśnych. Badanie genetyczne w skali przemysłowej kości słoniowej udowodniło, że populacje słoni leśnych spadły znacznie szybciej niż populacje słoni sawannowych. Obalenie dwóch grup razem nie docenia wrażliwości słonia leśnego.

Bai Area - stado słoni leśnych i bongo leśnych ( Dzanga Sangha National Park - Republika Środkowoafrykańska )

"Ponad dwie trzecie pozostałych słoni leśnych w Afryce zostało zabitych w ciągu ostatnich 15 lat", - powiedział współautor badania, Alfred Roca, profesor nauk o zwierzętach w Carl R. Woese Institute for Genomic Biology na Uniwersytecie Illinois. oraz Kolegium Nauk Rolniczych, Konsumenckich i Ochrony Środowiska ( ACES ). "Niektóre agencje ochrony przyrody nie uznają afrykańskich słoni leśnych za odrębny gatunek, a potrzeby tych zwierząt w zakresie ochrony zostały zaniedbane."

Loxodonta cyclotis - Dzangha Sangha National Park ( Republika Środkowoafrykańska )

Samce odchodzą, samice zostają

Naukowcy przeanalizowali DNA jądrowe 94 słoni leśnych z sześciu lokalizacji w Afryce Zachodniej i Środkowej, aby lepiej zrozumieć potencjalną różnorodność genetyczną tego gatunku. Przebadali również DNA 15 słoni sawannowych z 15 różnych lokalizacji, aby pomóc zrozumieć wzorce związane z hybrydyzacją między słoniami leśnymi i sawannowymi.

Loxodonta cyclotis - Bai Area

Naukowcy wykorzystali markery genetyczne zwane mikrosatelitami do pomiaru zmienności genetycznej w poszczególnych segmentach jądrowego DNA. Przeanalizowali markery, aby określić, jak różnią się genetycznie słonie z różnych lokalizacji próbek od siebie. Porównali także wzorce geograficzne w jądrowym DNA od markerów mikrosatelitarnych do wzorców wcześniej zgłoszonych dla mitochondrialnego DNA słoni leśnych ( mtDNA ) w tych samych lokalizacjach.

rodzina słoni leśnych ( Loxodonta cyclotis )

"Ogólnie rzecz biorąc, słonie leśne mają większą różnorodność DNA jądrowego niż słonie sawannowe", - powiedział Roca w mailu do Mongabay-Wildtech. Analiza jądrowego DNA przeprowadzonego przez zespół wykazała, że stosunkowo duża różnorodność jądrowego DNA u słonia leśnego była zgodna z populacjami w całej Afryce Środkowej, co sugeruje, że pojedynczy gatunek jest oddzielony od słonia sawannowego.

samiec słonia sawannowego ( Loxodonta africana ) - Afryka Południowa

Wcześniejsze badanie mtDNA u wielu słoni leśnych wykryło pięć ugrupowań genetycznych, z których każda miała odmienny geograficznie rozkład. MtDNA jest identyczny u krewnych matek, ponieważ przechodzi tylko od matki do potomstwa z kilkoma mutacjami. Co więcej, słonie płci żeńskiej na ogół pozostają z matką i innymi bliskimi krewnymi nawet po osiągnięciu dojrzałości, więc ich mtDNA nie rozprasza się geograficznie.

samiec słonia sawannowego ( Loxodonta africana ) - Babile Elephant Sanctuary ( Etiopia )

Natomiast słonie płci męskiej rozpraszają się ze swoich stad urodzenia, gdy osiągają dojrzałość i wędrują w poszukiwaniu samic. Samice słoni pojawiają się w fazie rui tylko przez kilka dni co kilka lat, tak więc wędrujące samce używają dobrego słuchu i węchu, aby je znaleźć. Ponieważ zarówno samce, jak i samice przyczyniają się do DNA z jądra każdej komórki, samce, które rozmnażają się z samicami z dala od swoich przodków, promują przepływ genów.

"Ponieważ populacja słoni leśnych była historycznie przyległa, lepiej jest myśleć o samcach jako o rozpraszaniu i kojarzeniu z pobliskimi stadami" - mówi Roca. "Kiedy to się dzieje w pokoleniu, przepływ genów występuje w całym zakresie populacji słoni."

rodzina słoni sawannowych ( Loxodonta africana ) - Niassa Wildlife Reserve ( Mozambik )

Badanie wykazało, że wzory jądrowego DNA w lasach środkowoafrykańskich różniły się nieco od wschodu na zachód, chociaż zachodziły na siebie profile genetyczne zwierząt ze wschodniej i zachodniej Afryki Środkowej, co sugeruje ciągły przepływ genów, przynajmniej do niedawna.

Kontrastujące zachowania dyspersyjne słoni płci męskiej i żeńskiej stwarzają niezgodę między wzorcami rozkładu przestrzennego mtDNA i jądrowego DNA, nawet wśród populacji jednego gatunku. W rzeczywistości wzorce filogenetyczne, które odzwierciedlają ewolucyjną historię i związki między grupami zwierząt, DNA jądrowym słoni leśnych różnią się od wzorców ich mtDNA, sytuacji stwierdzonej u innych gatunków, w których rozpraszają się jedynie samce.

słoń leśny ( Loxodonta cyclotis ) - Dzangha Sangha National Park ( Republika Środkowoafrykańska )

"Z pozoru niezgodne DNA słonia leśnego można łatwo wytłumaczyć jego zachowaniem" - powiedział główny autor, Yasuko Ishida, naukowiec z ACES. "Ich mitochondrialne DNA to relikt zachowany przez ich matriarchalne społeczeństwo".

W swojej pracy naukowcy sugerują, że przeszłe zmiany klimatu i środowiska prawdopodobnie wpłynęły na obecne genetyczne wzorce przestrzenne słoni leśnych. Piszą, że populacje słoni leśnych prawdopodobnie wycofały się w dyskretne ostoje lodowcowe, strefy, w których las pozostał podczas ostatniej epoki lodowcowej, i rozszerzyły się na zewnątrz w ich obecnym zasięgu, w miarę jak coraz więcej miejsc było dostępnych.

"Przepływ genów, w którym pośredniczy samiec, wymazuje jądrowe genetyczne sygnatury przeszłych zmian klimatu i siedlisk", - piszą naukowcy, "ale nadal utrzymują się one jako wzorce w mtDNA, ponieważ samice nie rozpraszają się".

grupa słoni sawannowych ( Loxodonta africana ) przy wodopoju - Chobe National Park ( Botswana )

"Wygląda na podstawie danych, tak jak starodawne leśne schronienia dotknęły słonie leśne" - powiedział Roca. "Przenoszone przez samice mitochondrialne DNA wciąż odzwierciedla ten wzorzec."

Naukowcy twierdzą, że zróżnicowany, ale konsekwentny skład genetyczny słoni leśnych w różnych miejscach na próbach demonstruje pojedynczy rozkład słoni leśnych w Afryce Środkowej do połowy XX wieku. Jednak piszą: "Liczba słoni w lesie spadła o ok. 62% w latach 2002 - 2011.

Gdzie spotykają się gatunki

Mitochondrialny DNA słoni afrykańskich dostarczył dowodów na krzyżowanie między słoniami leśnymi i sawannowymi około 500 000 lat temu, główny powód, dla którego IUCN i inni utrzymują dwie grupy jako pojedynczy gatunek. Badania udokumentowały hybrydy pomiędzy słoniami leśnymi i sawannowymi, ale tylko w stosunkowo wąskich strefach przejściowych między siedliskami leśnymi i sawannowymi.

"Dowody sugerują, że wszelkie hybrydy między tymi dwoma gatunkami są mniej skuteczne reprodukcyjnie", - powiedział Roca, "co pozwoliło zachować dwa gatunki osobno genetycznie przez setki tysięcy lat."

samiec słonia sawannowego ( Loxodonta africana )

Autorzy sugerują, że ich odkrycia - że słonie leśne są odrębnym gatunkiem z pewnymi różnicami geograficznymi poniżej poziomu gatunku - sugerują środki ochronne, które zatrzymują główne populacje reprezentujące tę zmienność genetyczną. Mogłyby one obejmować oddzielnie zarządzanie populacjami słoni leśnych z Afryki Zachodniej, zachodnio-kongijskiej i wschodnio-kongijskiej, w celu promowania ochrony siedlisk w ramach tych trzech jednostek potrzebnych do utrzymania przepływu genów w populacjach lub umożliwienia ponownej kolonizacji obszarów, w których słonie zostały wytępione.

Oddziaływanie na populację słoni zmieni skład i różnorodność lasu w regionie, - mówią naukowcy. "Ponieważ są bardzo dużymi zwierzętami, mogą jeść owoce i rozpraszać nasiona zbyt duże, aby inne zwierzęta mogły je strawić. A ponieważ są one bardzo mobilne, pomagają rozpraszać te nasiona daleko, daleko poprzez ich łajno "- powiedział John Poulsen, profesor ekologii tropikalnej na Duke University.

rodzina słoni sawannowych ( Loxodonta africana ) przy wodopoju

"Słonie leśne są sercem tych ekosystemów", - powiedział Roca w oświadczeniu, "bez nich system rozpada się, a wiele innych gatunków jest zagrożonych".

Naukowcy napisali, że ukierunkowanie działań ochronnych na słonie leśne jest szczególnie pilne w obliczu silnej presji kłusowniczej, która zdziesiątkowała populacje słoni leśnych. Intensywność ludzkiej działalności w Afryce Zachodniej na rozdrobnione siedliska leśne słoni leśnych; fragmentacja zmniejsza łączność genetyczną, co może prowadzić do utraty zmienności genetycznej, chowu wsobnego lub dryfu genetycznego.

"Ludzka aktywność jest zbyt świeża, by w znacznym stopniu wpłynąć na wzorce genetyczne" - powiedział Roca - "chociaż ostatecznie tak się stanie".

słoń indyjski ( Elaphas maximus )

Cytaty :
Ishida, Y., Gugala, N.A., Georgiadis, N.J., i Roca, A.L. (2018). Procesy ewolucyjne i demograficzne kształtujące geograficzne wzorce różnorodności genetycznej w gruncie kluczowym, afrykański słoń leśny (Loxodonta cyclotis). Ekologia i ewolucja, 8 (10), 4919-4931.

Ishida, Y., Oleksyk, T. K., Georgiadis, N. J., David, V. A., Zhao, K., Stephens, R. M., ... & Roca, A. L. (2011). Pogodzenie pozornych konfliktów między filiami mitochondrialnymi i nuklearnymi u afrykańskich słoni. PloS jeden, 6 (6), e20642.

Systematyka rzędu trąbowców ( Proboscidea ).
rodzina : (Elephantidae) - słonie

- rodzaj Loxodonta
z dwoma gatunkami :
- Loxodonta cyclotis - słoń afrykański leśny
- Loxodonta africana - słoń afrykański sawannowy

- rodzaj Elaphas
z jednym gatunkiem
- Elaphas maximus - słoń indyjski ( azjatycki )

bai - polana w afrykańskim lesie tropikalnym z przepływająca przez nią rzeką lub strumieniem. Roślinność składa się głównie z Cyperaceae i Poaceae. Obszary z Pandanus i Raffia znajdują się na południu polany. Na obszarach tych wyłaniają się formacje skał dolerytowych i jest łatwy dostęp do soli mineralnych. Naukowcy podają to jako powód wysokiej liczby odwiedzin słoni leśnych i innych dużych ssaków tropikalnego lasu.